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DE3788388T2 - Process for producing a REFET or a CHEMFET, and their production. - Google Patents

Process for producing a REFET or a CHEMFET, and their production.

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DE3788388T2
DE3788388T2 DE87201671T DE3788388T DE3788388T2 DE 3788388 T2 DE3788388 T2 DE 3788388T2 DE 87201671 T DE87201671 T DE 87201671T DE 3788388 T DE3788388 T DE 3788388T DE 3788388 T2 DE3788388 T2 DE 3788388T2
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Germany
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hydrophilic polymer
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water
hydrophilic
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David Nicolaas Reinhoudt
Maria Dan Skowronska-Ptasinska
Ernst Sudhoelter
Den Berg Albert Van
Der Wal Peter Douwe Van
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Priva Agro Holding BV
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    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS

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Abstract

The invention relates to a process for manufacturing a REFET and/or CHEMFET, comprising: a) covalent bonding of a hydrophilic polymer layer to an isolator layer applied to a semiconductor material; b) the absorption of water or a watery solution into said hydrophilic polymer layer; and c) the binding of a hydrophobic polymer layer to the water holding hydrophilic polymer layer. It is advantageous that this water holding hydrophilic polymer layer also contains an electrolyte and/or a buffer. Preferably an ion to be measured with the CHEMFET also forms part of the electrolyte.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines REFET, wobei ein ISFET mit einer inerten hydrophoben Schicht beschichtet wird, oder eines CHEMFET, wobei ein ISFET mit einer hydrophoben Schicht modifiziert wird, die ein Rezeptormolekül für eine zu bestimmende chemische Verbindung enthält, zum Beispiel ein Kation, Anion, Proton, Harnstoff, Zucker, Protein, Antikörper, Antigen. Unter ISFET (ionenempfindlicher Feldeffekttransistor) wird ein Halbleitermaterial verstanden, das mit einer Isolatorschicht versehen ist. Die ISFETS werden in Übereinstimmung mit der üblichen MOS-Technologie hergestellt. Die Isolatorschicht wird über 15 Minuten thermisch bei 1150ºC in einer Sauerstoffatmosphäre abgeschieden. Die Schichtdicke beträgt bis zu ca. 700 Å.The present invention relates to the manufacture of a REFET, whereby an ISFET is coated with an inert hydrophobic layer, or a CHEMFET, whereby an ISFET is modified with a hydrophobic layer containing a receptor molecule for a chemical compound to be determined, for example a cation, anion, proton, urea, sugar, protein, antibody, antigen. ISFET (ion-sensitive field effect transistor) is understood to mean a semiconductor material that is provided with an insulating layer. The ISFETS are manufactured in accordance with the usual MOS technology. The insulating layer is thermally deposited for 15 minutes at 1150°C in an oxygen atmosphere. The layer thickness is up to approx. 700 Å.

Im Vergleich mit den herkömmlichen ionenselektiven Elektroden besitzen REFET und CHEMFET eine Anzahl von Vorteilen:Compared with conventional ion-selective electrodes, REFET and CHEMFET have a number of advantages:

1) sie sind klein und daher für biomedizinische Anwendungen geeignet;1) they are small and therefore suitable for biomedical applications ;

2) sie sind robust;2) they are robust;

3) sie können unter Verwendung der IC-Technologie hergestellt werden, wodurch die Herstellung eines Miniatur-Multi-Sensors ermöglicht wird;3) they can be manufactured using IC technology, which enables the production of a miniature multi-sensor;

4) die Massenproduktion bei geringen Kosten ist ohne Problem möglich;4) mass production at low cost is possible without any problem;

5) als ein Ergebnis der niedrigen Output-Inpedanz ist die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Interferenzsignalen geringer; und5) as a result of the low output impedance, the sensitivity to external interference signals is lower; and

6) sie besitzen einen besseren Signalrauschabstand.6) They have a better signal-to-noise ratio.

Die Isolatorschicht (üblicherweise als Gitteroxidschicht bezeichnet), die auf das Halbleitermaterial aufgebracht ist, kann zum Beispiel entweder aus Schichten von SiO&sub2;, AL&sub2;O&sub3;, Ta&sub2;O&sub5;, TiO&sub2;, ZrO&sub2; und/oder Si&sub3;N&sub4; (kein Oxid!) oder aus einer schichtartigen Struktur aus voneinander unterschiedlichen Materialien bestehen.The insulator layer (commonly referred to as lattice oxide layer) applied to the semiconductor material can, for example, consist either of layers of SiO₂, Al₂O₃, Ta₂O₅, TiO₂, ZrO₂ and/or Si₃N₄ (no oxide!) or of a layered structure made of different materials.

Die äußere Oberfläche der Isolatorschicht enthält chemisch reaktive, besonders protonische Gruppen (Silanolgruppen im Fall des SiO&sub2; und Aminogruppen im Fall des Si&sub3;N&sub4;) . Diese Gruppen stellen sicher, daß der chemisch nicht modifizierte ISFET eine Antwort auf die Veränderungen in der Protonenkonzentration zeigt. Es ist daher zur Messung anderer chemischer Verbindungen wünschenswert, Schritte einzuführen, um die Protonensensibilität zu unterdrücken oder ganz zu eliminieren. Diese Schritte können entweder daraus bestehen, daß man die reaktiven Gruppen reagieren läßt, wobei als Ergebnis die Reaktivität abnimmt, davon, daß man die Isolatorschicht mit einer inerten hydrophoben Schicht bedeckt, oder, daß man ein inertes hydrophobes Polymer an die Isolatorschicht bindet. Die letzte Möglichkeit ist ausführlich in der internationalen Patentanmeldung WO 85/04480 im Namen des Anmelders, dem Stichting Centrum voor Micro-Electronica Twente of Enschede, beschrieben.The outer surface of the insulator layer contains chemically reactive, particularly protonic groups (silanol groups in the case of SiO2 and amino groups in the case of Si3N4). These groups ensure that the chemically unmodified ISFET shows a response to changes in proton concentration. It is therefore desirable for measuring other chemical compounds to introduce steps to suppress or eliminate proton sensitivity. These steps can consist either of allowing the reactive groups to react, with the result that the reactivity decreases, of covering the insulator layer with an inert hydrophobic layer, or of binding an inert hydrophobic polymer to the insulator layer. The last possibility is described in detail in the international patent application WO 85/04480 in the name of the applicant, the Stichting Centrum voor Micro-Electronica Twente of Enschede.

Wenn das hydrophobe Polymer Ionophore enthält, treten eine spezifische Ionenempfindlichkeit und Ionenspezifizität auf, die spezifisch in Abhängigkeit von den Ionophoren sind. Ein solcher ISFET wird als ein CHEMFET bezeichnet. Ein H+-unempfindlicher ISFET wird als ein REFET bezeichnet.If the hydrophobic polymer contains ionophores, a specific ion sensitivity and ion specificity occur, which are specifically dependent on the ionophores. Such an ISFET is called a CHEMFET. An H+-insensitive ISFET is called a REFET.

Nach einer umfassenden Untersuchung hat sich herausgestellt, daß die Charakteristika eines Sensors mit einem solchen REFET und/oder CHEMFET als essentielle Verbindung in bezug auf das Grundrauschen, die Drift und die Hysterese deutlich verbessert werden können. Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, wenn ein Verfahren zur Herstellung eines FET umfaßt: a) das kovalente Binden einer hydrophilen Polymerschicht an eine Isolatorschicht, die auf ein Halbleitermaterial aufgebracht ist; b) die Absorption von Wasser oder einer wäßrigen Lösung in die hydrophile Polymerschicht; und c) das Binden einer hydrophoben Polymerschicht an die Wasser speichernde hydrophile Polymerschicht. Die Reproduzierbarkeit wird darüber hinaus während der Herstellung verbessert.After extensive investigation, it has been found that the characteristics of a sensor with such a REFET and/or CHEMFET as an essential connection can be significantly improved in terms of background noise, drift and hysteresis. This is achieved according to the invention when a method for producing a FET comprises: a) covalently bonding a hydrophilic polymer layer to an insulator layer applied to a semiconductor material; b) absorbing water or an aqueous solution into the hydrophilic polymer layer; and c) bonding a hydrophobic polymer layer to the water-storing hydrophilic polymer layer. Reproducibility is also improved during production.

Es hat sich während dieser Untersuchung herausgestellt, daß viele der mit den oben beschriebenen Charakteristika verbundenen Probleme auf nicht verifizierbare Abweichungen in der chemischen Struktur am Ort der Grenzschicht zwischen der Isolatorschicht und der darauf aufgebrachten hydrophoben Polymerschicht zurückgeführt werden konnten. Diese Abweichungen waren mit dem herkömmlich verwendeten Herstellungsverfahren verbunden.It was found during this investigation that many of the problems associated with the characteristics described above could be traced back to unverifiable variations in the chemical structure at the interface between the insulator layer and the hydrophobic polymer layer deposited on top of it. These variations were associated with the manufacturing process conventionally used.

Die Aufbringung der Wasser speichernden, hydrophilen Polymerschicht zwischen der Isolatorschicht und der hydrophoben Polymerschicht führt zu thermodynamisch und chemisch besser definierten Grenzschichten zwischen der Isolatorschicht und der hydrophilen Polymerschicht auf der einen Seite und zwischen der hydrophilen Polymerschicht und der hydrophoben Polymerschicht auf der anderen.The application of the water-storing, hydrophilic polymer layer between the insulator layer and the hydrophobic polymer layer leads to thermodynamically and chemically better defined boundary layers between the insulator layer and the hydrophilic polymer layer on the one hand and between the hydrophilic polymer layer and the hydrophobic polymer layer on the other.

Die hydrophile Polymerschicht sollte an die Isolatorschicht kovalent gebunden sein, da anderenfalls eine nur bis zu mehreren Stunden andauernde Haltbarkeit erreicht wird, was für die praktische Verwendung ungeeignet ist.The hydrophilic polymer layer should be covalently bonded to the insulator layer, otherwise the durability will only last for several hours, which is unsuitable for practical use.

Die hydrophile Polymerschicht enthält vorzugsweise auch einen Elektrolyten, so daß der Potentialabfall über die Grenzschicht zwischen der hydrophilen Polymerschicht und der hydrophoben Polymerschicht begrenzt ist und von der Zusammensetzung der zu bestimmenden Lösung im wesentlichen unabhängig ist. Im Fall eines CHEMFET bildet das mit dem CHEMFET zu bestimmende Ion vorzugsweise einen Teil des Elektrolyten.The hydrophilic polymer layer preferably also contains an electrolyte so that the potential drop across the interface between the hydrophilic polymer layer and the hydrophobic polymer layer is limited and is essentially independent of the composition of the solution to be determined. In the case of a CHEMFET, the ion to be determined with the CHEMFET preferably forms part of the electrolyte.

Es wird weiter empfohlen, daß die hydrophile Polymerschicht auch einen Puffer enthält. Auf diese Weise wird der pH in der hydrophilen Polymerschicht im wesentlichen konstant gehalten, auch dann, wenn ein Durchfluß von H&spplus;-Ionen oder ein Durchfluß von CO&sub2; durch die hydrophobe Polymerschicht auftritt. Ein besonders bevorzugter CHEMFET oder REFET wird erhalten, wenn die hydrophile Polymerschicht einen Elektrolyten als auch einen Puffer enthält.It is further recommended that the hydrophilic polymer layer also contains a buffer. In this way, the pH in the hydrophilic polymer layer is kept substantially constant, even when a flow of H+ ions or a flow of CO2 occurs through the hydrophobic polymer layer. A particularly preferred CHEMFET or REFET is obtained when the hydrophilic polymer layer contains an electrolyte as well as a buffer.

Die hydrophile Polymerschicht hat eine Dicke von 0,0050- 200 um, und vorzugsweise von 0,1-100 um, und besonders bevorzugt von 1-50 um.The hydrophilic polymer layer has a thickness of 0.0050- 200 µm, and preferably 0.1-100 µm, and more preferably 1-50 µm.

Verschiedene Möglichkeiten sind für die Herstellung einer hydrophilen Polymerschicht, die kovalent an die Isolatorschicht gebunden ist, möglich.Various possibilities are possible for the preparation of a hydrophilic polymer layer that is covalently bonded to the insulator layer.

Für die kovalente Bindung ist es auf der einen Seite möglich, eine bifunktionelle Organosilikonverbindung zu verwenden, die auf der einen Seite eine Gruppe, die kovalent an die Isolatorschicht gebunden werden kann, und auf der anderen Seite eine Gruppe enthält, an die entweder Monomere, die dazu gebracht werden sollen, zur Bildung von Polymeren zu reagieren, oder polymerisiertes Material gebunden werden kann.For the covalent bonding, it is possible, on the one hand, to use a bifunctional organosilicone compound containing, on the one hand, a group that can be covalently bonded to the insulator layer and, on the other hand, a group to which either monomers that are to be made to react to form polymers or polymerized material can be bonded.

Organosilylierungsreagenzien, die verwenden werden, werden erwähnt in (P. Bergveld, N.F. de Kooy, Ned. Tijdschr. v. Naturkunde (Dutch Journal of Physics), A46, 22-25 (1980)) Besonders gut verwendbar sind die Organosilikonverbindungen I und II aus Tabelle 1.Organosilylation reagents that are used are mentioned in (P. Bergveld, N.F. de Kooy, Ned. Tijdschr. v. Naturkunde (Dutch Journal of Physics), A46, 22-25 (1980)) The organosilicone compounds I and II from Table 1 are particularly suitable.

Nachdem die bifunktionelle Organosilikonverbindung an die Isolatorschicht kovalent gebunden wurde, kann die hydrophile Polymerschicht durch Polymerisation von Monomeren, die auf die kovalent gebundene, bifunktionelle Organosilikonverbindung abgestimmt sind, gebildet werden. Photochemisch polymerisierbare Monomere werden zum Beispiel verwendet, um eine IC kompatible Massenproduktion zu ermöglichen. Im Fall der Verbindungen I und II kann die hydrophile Polymerschicht durch Polymerisation gebildet werden und umfaßtAfter the bifunctional organosilicone compound has been covalently bonded to the insulator layer, the hydrophilic polymer layer can be formed by polymerization of monomers that are matched to the covalently bonded bifunctional organosilicone compound. Photochemically polymerizable monomers are used, for example, to enable IC compatible mass production. In the case of compounds I and II, the hydrophilic polymer layer can be formed by polymerization and comprises

a) Monomere mit den Strukturformeln: a) Monomers with the structural formulas:

worin R³ H, Alkyl, Aryl, Halogen istwhere R³ is H, alkyl, aryl, halogen

R&sup4;: -HR4: -H

-R&sup5;-OH-R⁵-OH

R&sup5;-NH&sub2;R⁵-NH₂

R&sup5;-SHR5-SH

R&sup5;-N (CH&sub3;)&sub2;R⁵-N(CH₃)₂

R&sup5;-ZuckerR&sup5;-sugar

R&sup5;- PeptidR5-peptide

RS: Alkyl, ArylRS: Alkyl, Aryl

B: OH, NH&sub2;, B: OH, NH2,

b) Copolymere mit zusätzlichen Monomeren mit der Strukturformel III, worin R&sup4; jetzt eine C&sub1;-C&sub3;&sub0;-Alkylgruppe darstellt,b) copolymers with additional monomers having the structural formula III, in which R⁴ now represents a C₁-C₃₀ alkyl group,

c) Mischungen von (Co)polymeren mit einem Hydrogel wie Gelatine, Agar-Agar, Heparin und Polyvinylpyrrolidon,c) mixtures of (co)polymers with a hydrogel such as gelatin, agar-agar, heparin and polyvinylpyrrolidone,

d) Mischungen der Monomere III und IV,d) mixtures of monomers III and IV,

e) Mischungen von Polymeren und/oder Copolymeren der Monomere III und IV,e) mixtures of polymers and/or copolymers of monomers III and IV,

f) Mischungen der (Co)polymere der Monomere III und/oder IV mit den Copolymeren nach Punkt b,f) mixtures of the (co)polymers of monomers III and/or IV with the copolymers according to point b,

g) Mischungen der Polymere und/oder Copolymere, die unter den Punkten a-f aufgezählt sind.g) Mixtures of the polymers and/or copolymers listed under points a-f.

Copolymere der oben erwähnten Monomere können auch mit Vinylsilanen gebildet werden (Tabelle 1). Diese Materialien können direkt an die Isolatorschicht kovalent gebunden werden.Copolymers of the above-mentioned monomers can also be formed with vinylsilanes (Table 1). These materials can be covalently bonded directly to the insulator layer.

Auf diesem Weg wird die hydrophile Polymerschicht auf die Isolatorschicht aufgebracht.In this way, the hydrophilic polymer layer is applied to the insulator layer.

Man läßt dann über Eintauchen oder die Zugabe einer notwendigen Wassermenge Wasser oder eine wäßrige Lösung in die hydrophile Schicht eindringen.Water or an aqueous solution is then allowed to penetrate into the hydrophilic layer by immersion or by adding a necessary amount of water.

Schließlich wird die hydrophobe Polymerschicht auf die hydrophile Polymerschicht aufgebracht, die jetzt Wasser enthält. Die Bindung kann physikalisch oder kovalent (chemisch) durchgeführt werden.Finally, the hydrophobic polymer layer is applied to the hydrophilic polymer layer, which now contains water. The bonding can be done physically or covalently (chemically).

Im Fall einer kovalenten Bindung kann ein Vernetzungsmittel mit der Strukturformel verwendet werden: In the case of a covalent bond, a cross-linking agent with the structural formula can be used:

worin R³ die oben angegebene Bedeutung besitzt, und Z = Halogen, Alkoxy, Phenoxy oder Hydroxy ist.where R³ has the meaning given above and Z = halogen, alkoxy, phenoxy or hydroxy.

Die hydrophobe Polymerschicht wird auch durch Polymerisation von Monomeren mit Vinylgruppen oder durch Reaktion mit "lebenden" Polymeren gebildet.The hydrophobic polymer layer is also formed by polymerization of monomers with vinyl groups or by reaction with "living" polymers.

Die Verwendung eines Vernetzungsmittels ist notwendig, wenn es, wenn eine kovalente Bindung erforderlich ist, nicht möglich ist, die hydophobe Schicht kovalent mit vorhandenen funktionellen Gruppen der hydrophilen Polymerschicht reagieren zu lassen.The use of a cross-linking agent is necessary when, when covalent bonding is required, it is not possible to make the hydrophobic layer react covalently with existing functional groups of the hydrophilic polymer layer.

Im Fall des oben erwähnten Vernetzungsmittels, kann von Monomeren mit Vinylen Gebrauch gemacht werden, auf die in der WO 85/04480 Bezug genommen wird, und zusätzlich Styrol, Divinylbenzol, Acrylnitril, Vinylacetat, Methyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Vinylidencyanid, Chlorstyrol und zum Beispiel Chlormethylstyrol.In the case of the crosslinking agent mentioned above, use can be made of monomers containing vinyls referred to in WO 85/04480 and, in addition, styrene, divinylbenzene, acrylonitrile, vinyl acetate, methyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, vinylidene cyanide, chlorostyrene and, for example, chloromethylstyrene.

Es ist natürlich auch möglich, Silylierungsmittel als Vernetzungsmittel zu verwenden. (Siehe: Deschler, U., Kleinschmit, P., Panster, P.; Angew. Chemie, 98, 237-253, (1986)) . Zusätzlich ist es auch möglich, von Polymeren, die mit reaktiven Silanmonomeren versehen sind, Gebrauch zu machen.It is of course also possible to use silylating agents as cross-linking agents. (See: Deschler, U., Kleinschmit, P., Panster, P.; Angew. Chemie, 98, 237-253, (1986)). In addition, it is also possible to make use of polymers that are provided with reactive silane monomers.

Im Fall der Aufbringung einer Polymerschicht aus Polyurethanen oder Polycarbamaten oder anderen Polymeren , die in bezug auf die hydrophile Schicht reaktiv sind, ist es nicht notwendig, von einem Vernetzungsmittel Gebrauch zu machen.In the case of applying a polymer layer made of polyurethanes or polycarbamates or other polymers which are reactive with respect to the hydrophilic layer, it is not necessary to make use of a cross-linking agent.

Es ist weiter möglich, die hydrophobe Polymerschicht physikalisch an die hydrophile Polymerschicht zu binden. Diese physikalische Bindung wird mit den zuvor beschriebenen Polymeren, jedoch unter Auslassung des Vernetzungsmittels realisiert. Plastifiziertes PVC, Siloxangummi und Polybutadien können auch als Polymer verwendet werden.It is also possible to physically bond the hydrophobic polymer layer to the hydrophilic polymer layer. This physical bond is achieved using the polymers described above, but without the cross-linking agent. Plasticized PVC, siloxane rubber and polybutadiene can also be used as polymers.

Schließlich ist es auch möglich, sogenannte lebende Polymere zu verwenden.Finally, it is also possible to use so-called living polymers.

Wenn kein Rezeptor in die inerte hydrophobe Polymerschicht eingebaut ist, wird ein Sensor, in dem ein solcher FET eingebaut ist, als sogenannter REFET wirken. Dieser REFET gibt eine nicht-ionenspezifische Antwort auf die Variation in der Gesamtionenkonzentration. Wenn die Ionenstärke in der zu untersuchenden Lösung konstant ist, wirkt es daher als eine pseudo-Referenzelektrode.If no receptor is incorporated into the inert hydrophobic polymer layer, a sensor in which such a FET is incorporated will act as a so-called REFET. This REFET gives a non-ion-specific response to the variation in the total ion concentration. If the ionic strength in the solution under investigation is constant, it therefore acts as a pseudo-reference electrode.

Wenn ein Rezeptor in die hydrophobe Polymerschicht eingebaut ist, fungiert ein damit ausgerüsteter Sensor als ein CHEMFET. Der Rezeptor kann kovalent oder physikalisch in die hydrophobe Polymerschicht gebunden sein, oder darin während ,der Polymerisation eingebunden werden.When a receptor is incorporated into the hydrophobic polymer layer, a sensor equipped with it functions as a CHEMFET. The receptor can be covalently or physically bound into the hydrophobic polymer layer, or incorporated into it during polymerization.

Der Rezeptor kann auch ein Ionophor wie ein Antibiotika (e.g. Valinomycin), ein Kronenether, Cryptat, Podand, Memispherand, Cryptohemispherand oder Spherand sein.The receptor can also be an ionophore such as an antibiotic (e.g. valinomycin), a crown ether, cryptate, podand, memispherand, cryptohemispherand or spherand.

Ein H&sbplus;-empfindlicher CHEMFET wird durch Einbau einer Verbindung mit sauren oder basischen Gruppen, zum Beispiel Tridodecylamin als Ionophor in die inerte hydrophobe Polymerschicht hergestellt.A H+-sensitive CHEMFET is prepared by incorporating a compound with acidic or basic groups, for example tridodecylamine as an ionophore, into the inert hydrophobic polymer layer.

Als Ergebnis der Auswahl eines spezifischen Rezeptors und dessen Einbau in die hydrophobe Polymerschicht ist es möglich, selektiv das Vorhandensein und die (themodynamische) Aktivität chemischer und besonders biochemischer Verbindungen wie Ionen, Proteinen, Substraten, Antikörpern, Antigenen, Hormonen, Gasen, Glucose, Harnstoff usw. in Lösung zu bestimmen.As a result of the selection of a specific receptor and its incorporation into the hydrophobic polymer layer, it is possible to selectively determine the presence and (thermodynamic) activity of chemical and especially biochemical compounds such as ions, proteins, substrates, antibodies, antigens, hormones, gases, glucose, urea, etc. in solution.

Die Tatsache wird dabei betont, daß selbstverständlich die thermodynamische Aktivität der Kationen als auch der Anionen bestimmt werden kann.The fact is emphasized that, of course, the thermodynamic activity of both cations and anions can be determined.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Anzahl von erfindungsgemäßen Beispielen und Referenzbeispielen veranschaulicht, obgleich die Erfindung in keiner Weise darauf beschränkt ist.The present invention will be illustrated with reference to a number of inventive examples and reference examples, although the invention is in no way limited thereto.

Beispiel 1example 1

Ein Plättchen eines Halbleitermaterials, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist, wird zur Behandlung für zwei Stunden in eine Mischung von Methacryloxypropyltrimethoxysilan (Alfa, US) und Toluol gegeben, die unter Rückflußbedingungen gekocht wird. Nach dem Waschen mit Methylethylketon wird das Plättchen für eine Stunde bei 80ºC getrocknet. Hydroxyethylmethacrylat (HEMA; Janssen, Belgien) wird dann gemäß der sogenannten Tauchmethode aufgebracht. Die Polymerisation und die kovalente Bindung an die Isolatorschicht werden photochemisch durchgeführt. Die Polymerisationreaktionen werden unter Verwendung des Photoinitiators 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon (4 Gew. -%; Janssen, Belgien) , das in der zu polymerisierenden Mischung vorliegt, durch Bestrahlen der Mischung mit einer ultravioletten Lichtquelle (λmax = 360 nm) für 2-10 Minuten unter einer N&sub2;-Atmosphäre initiiert.A wafer of a semiconductor material provided with an insulator layer of SiO₂ is placed in a mixture of methacryloxypropyltrimethoxysilane (Alfa, US) and toluene, which is boiled under reflux conditions, for two hours. After washing with methyl ethyl ketone, the wafer is dried for one hour at 80°C. Hydroxyethyl methacrylate (HEMA; Janssen, Belgium) is then applied according to the so-called dipping method. The polymerization and the covalent bonding to the insulator layer are carried out photochemically. The polymerization reactions are carried out using the Photoinitiators 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (4 wt.%; Janssen, Belgium) present in the mixture to be polymerized are initiated by irradiating the mixture with an ultraviolet light source (λmax = 360 nm) for 2-10 minutes under a N₂ atmosphere.

Die Dicke der hydrophilen Polymerschicht beläuft sich auf 15 um und wird in Übereinstimmung mit der Ellipsometrie bestimmt.The thickness of the hydrophilic polymer layer is 15 μm and is determined in accordance with ellipsometry.

Die kovalent gebundene hydrophile Polymerschicht wird über 30 Minuten bei Raumtemperatur mit einer Lösung von 0,1 M KCl + 0,025 M KH&sub2;HPO&sub4; in Wasser gequollen.The covalently bound hydrophilic polymer layer is swollen for 30 minutes at room temperature with a solution of 0.1 M KCl + 0.025 M KH₂HPO₄ in water.

Eine Polybutadienlösung (Mol.Gew. 4300, 99% ungesättigt, 25% Vinyl und 40% Trans-1,4, erhältlich von Janssen, Belgien) in Tetrahydrofuran wird danach auf die Wasser speichernde, hydrophile Polymerschicht aufgebracht und dann photochemisch polymerisiert. Die Dicke der hydrophoben Polymerschicht, die kovalent an die hydrophile, Wasser speichernde Polymerschicht gebunden ist, beträgt 10 um.A polybutadiene solution (mol. wt. 4300, 99% unsaturated, 25% vinyl and 40% trans-1,4, available from Janssen, Belgium) in tetrahydrofuran is then applied to the water-storing, hydrophilic polymer layer and then photochemically polymerized. The thickness of the hydrophobic polymer layer, which is covalently bonded to the hydrophilic, water-storing polymer layer, is 10 µm.

Beispiel 2Example 2

Auf ähnliche Weise wie die in Beispiel 1 beschriebene wird eine hydrophile Polymerschicht auf die Isolatorschicht aufgebracht. Die äußere Seite der hydrophilen Polymerschicht wird dann durch Reaktion mit Methacryloxychlorid funktionalisiert. Auf diesem Weg wird ein Teil der Hydroxyethylgruppen in Methacryloxygruppen umgewandelt, und die hydrophile Polymerschicht wird in der wäßrigen, gepufferten KCl-Lösung wie in Beispiel 1 beschrieben gequollen.In a similar manner to that described in Example 1, a hydrophilic polymer layer is applied to the insulator layer. The outer side of the hydrophilic polymer layer is then functionalized by reaction with methacryloxychloride. In this way, a portion of the hydroxyethyl groups are converted to methacryloxy groups and the hydrophilic polymer layer is swollen in the aqueous, buffered KCl solution as described in Example 1.

Darauf wird auf die hydrophile, Wasser speichernde Polymerschicht eine Mischung von ACE (C&sub9;H&sub1;&sub9;C (O) OCH&sub2;CH (OH) CH&sub2;OC (0) CH=CH&sub2;) und Epocryl (p.R-C&sub6;H&sub4;-C(CH&sub3;)&sub2;-C&sub6;H&sub4;p.R; R ist CH&sub2;=C(CH&sub3;)C(O)OCH&sub2;CH(OH)CH&sub2;O-) (20 : 80 Gew/Gew; erhältlich von Shell, Niederlande) in Chloroform aufgebracht, die danach photochemisch polymerisiert wird. Die Schichtdicke der hydrophoben Polymerschicht beträgt 15 um, und sie ist mit den aufgebrachten funktionellen Methacryloxygruppen vernetzt.Then, a mixture of ACE (C9H19C(O)OCH2CH(OH)CH2OC(O)CH=CH2) and Epocryl (p.R-C6H4-C(CH3)2-C6H4p.R; R is CH2=C(CH3)C(O)OCH2CH(OH)CH2O-) (20:80 w/w; available from Shell, Netherlands) in chloroform is applied to the hydrophilic, water-storing polymer layer, which is then photochemically polymerized. The layer thickness of the hydrophobic polymer layer is 15 µm and it is cross-linked with the applied functional methacryloxy groups.

Beispiel 3Example 3

Auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird eine hydrophile Polymerschicht auf die Isolatorschicht kovalent aufgebracht und in der wäßrigen, gepufferten KCl-Lösung wie in Beispiel 1 beschrieben gequollen.In the same manner as in Example 1, a hydrophilic polymer layer is covalently applied to the insulator layer and swollen in the aqueous, buffered KCl solution as described in Example 1.

Eine Lösung von Polyvinylchlorid (PVC, erhältlich von Fluka, Schweiz, purum; für ionenselektive Elektroden 30 Gew.-%), Di-n-Butylphthalat (67 Gew.-%) und Valinomycin (erhältlich von Fluka, Schweiz, purum pro analysis; 3 Gew.-%) in Tetrahydrofuran wird daraufhin aufgetragen. Die gebildete hydrophobe Polymerschicht besitzt eine Dicke von 10 um.A solution of polyvinyl chloride (PVC, available from Fluka, Switzerland, purum; for ion-selective electrodes 30 wt.%), di-n-butyl phthalate (67 wt.%) and valinomycin (available from Fluka, Switzerland, purum pro analysis; 3 wt.%) in tetrahydrofuran is then applied. The resulting hydrophobic polymer layer has a thickness of 10 µm.

Beispiel 4 (Referenzbeispiel)Example 4 (reference example)

Ein Plättchen eines Halbleitermaterials, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist, wird zur Behandlung über zwei Stunden in eine Mischung von Methacryloxypropyltrimethoxysilan und Toluol, die unter Rückflußbedingungen gekocht wird, gegeben. Nach dem gründlichen Waschen mit Methylethylketon wird das Plättchen über eine Stunde bei 80ºC getrocknet. Dieses Plättchen wird dann in eine Lösung von Polybutadien (MW 3400, 99% ungesättigt, 25% Vinyl und 40% Trans-1,4, erhältlich von Janssen, Belgien) in Tetrahydrofuran gegeben. Die photochemische Polymerisierung wird dann durchgeführt. Die Dicke der hydrophoben Polymerschicht, die kovalent direkt auf die Isolatorschicht aufgebracht ist, beträgt 10 um.A wafer of a semiconductor material provided with an insulator layer of SiO2 is placed in a mixture of methacryloxypropyltrimethoxysilane and toluene boiled under reflux conditions for two hours. After thorough washing with methyl ethyl ketone, the wafer is dried at 80°C for one hour. This wafer is then placed in a solution of polybutadiene (MW 3400, 99% unsaturated, 25% vinyl and 40% trans-1,4, available from Janssen, Belgium) in tetrahydrofuran. Photochemical polymerization is then carried out. The thickness of the hydrophobic polymer layer covalently deposited directly on the insulator layer is 10 µm.

Beispiel 5 (Referenzbeispiel)Example 5 (reference example)

Auf gleiche Weise wie in Beispiel 4 wird der Silylierungsprozeß durchgeführt. Eine Mischung von ACE und Epocryl in Chloroform wird danach aufgebracht und photochemisch polymerisiert.The silylation process is carried out in the same way as in Example 4. A mixture of ACE and Epocryl in chloroform is then applied and photochemically polymerized.

Die Dicke der hydrophoben Polymerschicht, die kovalent direkt an die Isolatorschicht gebunden ist, beträgt 15 um.The thickness of the hydrophobic polymer layer, which is covalently bonded directly to the insulator layer, is 15 µm.

Beispiel 6 (Referenzbeispiel)Example 6 (reference example)

Nach der Durchführung des Silylierungsprozesses gemäß Beispiel 4 wird eine physikalisch gebundene hydrophobe Polymerschicht direkt auf ein Plättchen eines Halbleitermaterials gebunden, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist. Für diesen Zweck wird eine Lösung aus Polyvinylchlorid (30 Gew.-%), Di-n-Butylphthalat (67 Gew.-%) und Valinomycin (3 Gew.-%) in Tetrahydrofuran gegeben. Die Schichtdicke dieser physikalisch gebundenen hydrophoben Polymerschicht, die mit einem Rezeptor versehen ist, beträgt 10 um.After carrying out the silylation process according to Example 4, a physically bound hydrophobic Polymer layer is bonded directly to a wafer of a semiconductor material provided with an insulating layer of SiO₂. For this purpose, a solution of polyvinyl chloride (30 wt.%), di-n-butyl phthalate (67 wt.%) and valinomycin (3 wt.%) in tetrahydrofuran is added. The layer thickness of this physically bonded hydrophobic polymer layer, which is provided with a receptor, is 10 µm.

Beispiel 7 (Referenzbeispiel)Example 7 (reference example)

Eine Schicht aus Gelatine aus einer annähernd 3 Gew.-% Gelatinelösung in Wasser wird physikalisch an ein Plättchen aus einem Halbleitermaterial gebunden, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist. Die Dicke der Gelatineschicht beträgt 25 um.A layer of gelatin from an approximately 3 wt.% gelatin solution in water is physically bonded to a wafer of a semiconductor material provided with an insulating layer of SiO2. The thickness of the gelatin layer is 25 µm.

Zu der Gelatineschicht wird dann eine Mischung von ACE und Epocryl (40 : 60 Gew/Gew) in Chloroform aufgebracht, die wie zuvor beschrieben photochemisch polymerisiert wird. Die Schichtdicke der hydrophoben Polymerschicht beträgt 15 um.A mixture of ACE and Epocryl (40:60 w/w) in chloroform is then applied to the gelatin layer and photochemically polymerized as described above. The layer thickness of the hydrophobic polymer layer is 15 µm.

Beispiel 8Example 8

Eine Mischung aus drei Gewicht steilen Methacryloxypropyltrimethoxysilan und 7 Gewicht steilen Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) in Toluol wird photochemisch polymerisiert. Das Toluol wird abdestilliert und das Produkt in Aceton gelöst. Ein Teil der hergestellten Polymerlösung in Aceton wird auf das zu behandelnde Plättchen aus Halbleitermaterial aufgebracht, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist. Nach dem Abdampfen des Acetons wird das Halbleitermaterial für 24 Stunden bei 80ºC in einen Ofen gegeben. Die so kovalent gebundene hydrophile Polymerschicht besitzt eine Dicke von 20 um. Die wäßrige, gepufferte KCl- Lösung wird dann wie in Beispiel 1 beschrieben von diesem Polymer absorbiert. Eine Mischung aus ACE und Epocryl wird dann gemäß Beispiel 2 auf diese gequollene Polymerschicht aufgebracht und polymerisiert. Die Schichtdicke beläuft sich auf 15 um.A mixture of three parts by weight of methacryloxypropyltrimethoxysilane and 7 parts by weight of hydroxyethyl methacrylate (HEMA) in toluene is photochemically polymerized. The toluene is distilled off and the product is dissolved in acetone. Part of the polymer solution prepared in acetone is applied to the plate of semiconductor material to be treated, which is provided with an insulating layer of SiO₂. After the acetone has evaporated, the semiconductor material is placed in an oven at 80°C for 24 hours. The hydrophilic polymer layer thus covalently bonded has a thickness of 20 µm. The aqueous, buffered KCl solution is then absorbed by this polymer as described in Example 1. A mixture of ACE and Epocryl is then applied to this swollen polymer layer and polymerized as described in Example 2. The layer thickness is 15 um.

Beispiel 9Example 9

Ein Plättchen aus einem Halbleitermaterial, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist, wird wie in Beispiel 1 beschrieben mit Methacryloxypropyltrimethoxysilan silyliert. Danach wird eine Mischung aus 50 Gewichtsteilen Hydroxyethylmethacrylat und Poly-N-Vinylpyrrolidon (50 Gewichtsteile; Molekulargewicht = 360.000; Janssen, Belgien) in Übereinstimmung mit dem Drehschichtungsverfahren aufgebracht. Die Polymerisation und die kovalente Bindung an die Isolatorschicht wird photochemisch erzielt. Die Dicke der hydrophilen Polymerschicht beläuft sich auf 25 um. Wie in Beispiel 1 beschrieben wird dann die gepufferte wäßrige KCl- Lösung von diesem Polymer absorbiert. Wie in Beispiel 3 wird dann eine hydrophobe Polymerschicht aus PVC, Di-n-Butylphthalat und Valinomycin aufgebracht. Die gebildete Schicht besitzt eine Dicke von 10 um.A wafer of a semiconductor material provided with an insulating layer of SiO2 is silylated with methacryloxypropyltrimethoxysilane as described in Example 1. A mixture of 50 parts by weight of hydroxyethyl methacrylate and poly-N-vinylpyrrolidone (50 parts by weight; molecular weight = 360,000; Janssen, Belgium) is then applied in accordance with the spin coating process. Polymerization and covalent bonding to the insulating layer is achieved photochemically. The thickness of the hydrophilic polymer layer is 25 µm. The buffered aqueous KCl solution is then absorbed by this polymer as described in Example 1. A hydrophobic polymer layer of PVC, di-n-butyl phthalate and valinomycin is then applied as in Example 3. The layer formed has a thickness of 10 µm.

Beispiel 10Example 10

Auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird eine hydrophile Polymerschicht auf die Isolatorschicht aufgebracht und in der wäßrigen, gepufferten KCl-Lösung auch wie in Beispiel 1 beschrieben gequollen. Auf die hydrophile, Wasser speichernde Polymerschicht wird dann eine Mischung von Silopren K 1000 (85 Gew.-%), Vernetzungsmittel KAI (12 Gew.-%, beide von der Bayer AG, Leverkusen, Deutschland) und Valinomycin (3 Gew.-%) aufgebracht und vernetzt. Die Schichtdicke beläuft sich auf 15In the same way as in Example 1, a hydrophilic polymer layer is applied to the insulator layer and swollen in the aqueous, buffered KCl solution as described in Example 1. A mixture of Silopren K 1000 (85% by weight), crosslinking agent KAI (12% by weight, both from Bayer AG, Leverkusen, Germany) and valinomycin (3% by weight) is then applied to the hydrophilic, water-storing polymer layer and crosslinked. The layer thickness is 15

Beispiel 11 (Referenzbeispiel)Example 11 (reference example)

Auf gleiche Weise wie im Beispiel 4 wird das Silylierungsverfahren durchgeführt. Eine Mischung von Silopren K 1000 (85 Gew.-%), Vernetzungsmittel KA-1 (12 Gew.-%) und Valinomycin (3 Gew.-%) wird dann aufgebracht und vernetzt. Die Schichtdicke beläuft sich auf 15 um.The silylation process is carried out in the same way as in Example 4. A mixture of Silopren K 1000 (85% by weight), crosslinking agent KA-1 (12% by weight) and valinomycin (3% by weight) is then applied and crosslinked. The layer thickness is 15 µm.

Beispiel 12Example 12

Ein Plättchen aus Halbleitermaterial, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist, wird dann wie in Beispiel 1 beschrieben mit Methacryloxypropyltrimethoxysilan silyliert. Danach wird eine Mischung aus Hydroxyethylmethacrylat (60 Gewichtsteile) und N-Vinyl-2- pyrrolidon (40 Gewichtsteile, Janssen, Belgien) gemäß dem Tauchverfahren aufgetragen. Die Polymerisation und die kovalente Bindung an die Isolatorschicht wird photochemisch durchgeführt. Die Dicke der hydrophilen Polymerschicht beläuft sich auf 20 um. Wie in Beispiel 1 beschrieben wird dann die wäßrige, gepufferte KCl-Lösung von diesem Polymer absorbiert. Eine Mischung von ACE und Epocryl wird dann wie im Beispiel 2 auf diese gequollene Polymerschicht aufgebracht und photochemisch polymerisiert. Die Schichtdicke beläuft sich auf 15 um.A wafer of semiconductor material provided with an insulating layer of SiO₂ is then Example 1 described with methacryloxypropyltrimethoxysilane. A mixture of hydroxyethyl methacrylate (60 parts by weight) and N-vinyl-2-pyrrolidone (40 parts by weight, Janssen, Belgium) is then applied using the dipping method. Polymerization and covalent bonding to the insulating layer is carried out photochemically. The thickness of the hydrophilic polymer layer is 20 µm. The aqueous, buffered KCl solution is then absorbed by this polymer as described in Example 1. A mixture of ACE and Epocryl is then applied to this swollen polymer layer and photochemically polymerized as in Example 2. The layer thickness is 15 µm.

Beispiel 13Example 13

Ein Plättchen aus Halbleitermaterial, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist, wird wie in Beispiel 1 beschrieben mit Methacryloxypropyltrimethoxysilan silyliert. Danach wird N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat (DMAEMA, Janssen, Belgien) in Übereinstimmung mit dem Tauchverfahren aufgetragen. Die Polymerisation und die kovalente Bindung werden photochemisch durchgeführt. Die Dicke der hydrophilen Polymerschicht beläuft sich auf 25 um. Wie in Beispiel 1 beschrieben wird dann eine wäßrige, gepufferte KCl-Lösung von diesem Polymer absorbiert. Eine Mischung von ACE und Epocryl wird dann wie in Beispiel 2 auf diese gequollene Polymerschicht aufgetragen und photochemisch polymerisiert. Die Schichtdicke beläuft sich auf 15 um.A wafer of semiconductor material provided with an insulating layer of SiO2 is silylated with methacryloxypropyltrimethoxysilane as described in Example 1. N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA, Janssen, Belgium) is then applied in accordance with the dipping process. Polymerization and covalent bonding are carried out photochemically. The thickness of the hydrophilic polymer layer is 25 µm. An aqueous buffered KCl solution is then absorbed by this polymer as described in Example 1. A mixture of ACE and Epocryl is then applied to this swollen polymer layer and photochemically polymerized as in Example 2. The layer thickness is 15 µm.

Beispiel 14Example 14

Wie in Beispiel 1, jedoch wird hier nur Wasser durch das hydrophile Polymer absorbiert.As in Example 1, but here only water is absorbed by the hydrophilic polymer.

Beispiel 15Example 15

Wie in Beispiel 1, jedoch werden hier 0,10 M KCl in Wasser von dem hydrophilen Polymer absorbiert.As in Example 1, but here 0.10 M KCl in water is absorbed by the hydrophilic polymer.

Beispiel 16Example 16

Ein Plättchen eines Halbleitermaterials, das mit einer Isolatorschicht aus SiO&sub2; versehen ist, wird wie in Beispiel 1 beschrieben mit Methacryloxypropyltrimethoxysilan silyliert. Eine hydrophile Polymerschicht wird dann aufgebracht, die danach durch Reaktion mit Methacryloxychlorid funktionalisiert wird, wonach dann die wäßrige, gepufferte Lösung wie in Beispiel 1 beschrieben absorbiert wird. Auf die hydrophile Polymerschicht wird dann eine Mischung aus Polybutadien (zu Einzelheiten siehe Beispiel 1) und 4-Vinylbenzo-18-Krone-6 (5 Gew.-%) aufgebracht und photochemisch polymerisiert. Die Schichtdicke beträgt 10 um.A wafer of a semiconductor material provided with an insulating layer of SiO2 is silylated with methacryloxypropyltrimethoxysilane as described in Example 1. A hydrophilic polymer layer is then applied, which is then functionalized by reaction with methacryloxychloride, after which the aqueous buffered solution is absorbed as described in Example 1. A mixture of polybutadiene (for details see Example 1) and 4-vinylbenzo-18-crown-6 (5% by weight) is then applied to the hydrophilic polymer layer and photochemically polymerized. The layer thickness is 10 µm.

Bestimmung der Charakteristika der hergestellten REFET und CHEMFETDetermination of the characteristics of the fabricated REFET and CHEMFET

Die modifizierten REFET und CHEMFET wurden in Übereinstimmung mit dem von A. van den Berg, P. Bergveld, D.N. Reinhoudt und E.J.R. sudhölter, Sensors and Actuators 8 129-148 (1985) beschriebenen Verfahren durchgemessen.The modified REFET and CHEMFET were measured in accordance with the procedure described by A. van den Berg, P. Bergveld, D.N. Reinhoudt and E.J.R. sudhölter, Sensors and Actuators 8 129-148 (1985).

Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.The results are shown in Table 2.

Zusätzlich wird die Reproduzierbarkeit der hergestellten REFETs und CHEMFETs bei der Massenproduktion bestimmt und ist in Tabelle 3 gezeigt.In addition, the reproducibility of the fabricated REFETs and CHEMFETs in mass production is determined and is shown in Table 3.

Ein mit einem REFET versehener Sensor wie der von Beispiel 7 ergab während der Messung bei pH 7 einen kontinuierlichen Anstieg bei der Antwort. Nach der Exposition gegenüber dieser Lösung für fünf Minuten wurde eine pH-Antwort beobachtet, die einen nichtmodifizierten ISFET entsprach.A sensor equipped with a REFET such as that of Example 7 showed a continuous increase in response during measurement at pH 7. After exposure to this solution for five minutes, a pH response consistent with an unmodified ISFET was observed.

Es stellte sich heraus, daß ein Sensor mit einem REFET so wie in Beispiel 2 hergestellt sogar noch, nachdem er einen Monat bei pH 7 aufbewahrt wurde, die ursprüngliche, gleichmäßige pH-Antwort zeigt. Tabelle 1 Bifunktionelle Organosilikonverbindungen zur kovalenten Bindung der hydrophilen Polymerschicht an die Isolatorschicht Organosilikonverbindung Strukturformel VinylsilaneIt was found that a sensor with a REFET as prepared in Example 2 still showed the original, uniform pH response even after being stored at pH 7 for one month. Table 1 Bifunctional organosilicone compounds for covalently bonding the hydrophilic polymer layer to the insulator layer Organosilicone compound Structural formula Vinylsilane

Anmerkungen:Remarks:

* R, R1 : Alkyl, Aryl* R, R1 : Alkyl, Aryl

X : Halogen, Carboxylat, Amino, OximX : Halogen, Carboxylate, Amino, Oxime

Y : H, Alkyl oder ArylY : H, alkyl or aryl

A : A:

a+b+c = 3a+b+c=3

a = 1, 2 oder 3a = 1, 2 or 3

p ≥ 2 Tabelle 2 Gemessene Charakteristika der REFETs und CHEMFETs Beispiel Rauschen Drift Hysteresep ≥ 2 Table 2 Measured characteristics of REFETs and CHEMFETs Example Noise Drift Hysteresis

Anmerkungen:Remarks:

1) Drift, gemessen nach zwei Stunden Stabilisierung in der Lösung bei pH 7, (Beginn der Messung nach der Stabilisierung)1) Drift measured after two hours of stabilization in the solution at pH 7 (start of measurement after stabilization)

2) Hysterese, gemessen nach einer pH-Messung von pH 2 bis pH 10 (Meßzeit 10 Minuten) gefolgt von einer pH-Messung von pH 10 bis pH 2 (Meßzeit 10 Minuten). Angegeben ist der ΛmV- Wert bei pH 2.2) Hysteresis, measured after a pH measurement from pH 2 to pH 10 (measurement time 10 minutes) followed by a pH measurement from pH 10 to pH 2 (measurement time 10 minutes). The �Lambda;mV value at pH 2 is given.

3) Das betrifft hier eine Titration mit KCl von 10&supmin;&sup4; M bis 10&supmin;¹ M, gefolgt von dem Waschen und dem Eintauchen in einer Lösung von 10&supmin;&sup4; M. ΛmV wird für 10&supmin;&sup4; M angegeben.3) This involves a titration with KCl from 10⁻⁴ M to 10⁻¹ M, followed by washing and immersion in a solution of 10⁻⁴ M. ΛmV is given for 10⁻⁴ M.

4) Nicht stabil4) Not stable

Tabelle 3Table 3 Reproduzierbarkeit des VerfahrensReproducibility of the procedure

Beispiel Prozentsatz *Example Percentage *

1 801 80

2 902 90

3 853 85

4 304 30

5 105 10

6 506 50

7 nicht haltbar7 not durable

8 858 85

9 909 90

10 8010 80

11 4011 40

12 8012 80

13 8513 85

14 8014 80

15 8015 80

16 7516 75

Anmerkung:Annotation:

* Die Reproduzierbarkeit wird als das Verhältnis der Anzahl der modifizierten FETs, bei denen das Rauschen gleich oder besser als der in Tabelle 2 angegebene Wert ist, und der Gesamtzahl der auf diese Weise hergestellten FETs angegeben.* Reproducibility is expressed as the ratio of the number of modified FETs with noise equal to or better than the value given in Table 2 and the total number of FETs fabricated in this way.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines REFET und/oder CHEMFET, das umfaßt:1. A method for producing a REFET and/or CHEMFET, comprising: a) kovalentes Binden einer hydrophilen Polymerschicht auf eine, auf einem Halbleitermaterial aufgebrachte Isolatorschicht;a) covalently bonding a hydrophilic polymer layer to an insulating layer applied to a semiconductor material; b) die Absorption von Wasser oder einer wäßrigen Lösung in die hydrophile Polyinerschicht; undb) the absorption of water or an aqueous solution into the hydrophilic polymer layer; and c) das Binden einer hydrophoben Polymerschicht auf die Wasser speichernde, hydrophile Polymerschicht.c) bonding a hydrophobic polymer layer to the water-storing, hydrophilic polymer layer. 2. Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Wasser speichernde, hydrophile Polymerschicht auch einen Elektrolyten enthält.2. A method as claimed in claim 1, wherein the water-storing, hydrophilic polymer layer also contains an electrolyte. 3. Verfahren wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei die Wasser speichernde, hydrophile Polymerschicht auch einen Puffer enthält.3. A method as claimed in claim 1 or 2, wherein the water-retaining hydrophilic polymer layer also contains a buffer. 4. Verfahren wie in Ansprüchen 1 bis 3 beansprucht, wobei die Wasser speichernde, hydrophile Polymerschicht eine Dicke von 0.0050-200 um, und vorzugsweise von 0.1-100 um, und besonders bevorzugt von 1-50 um besitzt.4. A method as claimed in claims 1 to 3, wherein the water-storing hydrophilic polymer layer has a thickness of 0.0050-200 µm, and preferably of 0.1-100 µm, and more preferably of 1-50 µm. 5. Verfahren wie in Ansprüchen 1 bis 4 beansprucht, wobei ein Rezeptor für eine zu bestimmende chemische Verbindung in die hydrophobe Polymerschicht eingebaut ist.5. A method as claimed in claims 1 to 4, wherein a receptor for a chemical compound to be determined is incorporated into the hydrophobic polymer layer. 6. Verfahren wie in Anspruch 5 und wenigstens Anspruch 2 beansprucht, wobei ein mit dem CHEMFET zu bestimmendes Ion auch einen Teil des Elektrolyten bildet.6. A method as claimed in claim 5 and at least claim 2, wherein an ion to be determined with the CHEMFET also forms part of the electrolyte. 7. Verfahren wie in Ansprüchen 1 bis 6 beansprucht, wobei die hydrophile Polymerschicht über eine bifunktionelle Organosilikonverbindung kovalent an die Isolatorschicht gebunden ist, auf der einen Seite über eine Gruppe, die kovalent an die Isolatorschicht gebunden sein kann, und auf der anderen über eine Gruppe, die kovalent an die hydrophile Polymerschicht gebunden sein kann,7. A method as claimed in claims 1 to 6, wherein the hydrophilic polymer layer is covalently bonded to the insulator layer via a bifunctional organosilicone compound, on the one hand via a group which can be covalently bonded to the insulator layer and on the other hand via a group which can be covalently bonded to the hydrophilic polymer layer, 8. Verfahren wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei die bifunktionelle Organosilikonverbindung Verbindungen mit den folgenden Strukturformeln umfaßt: 8. A method as claimed in claim 7, wherein the bifunctional organosilicone compound compounds having the following structural formulas: wobeiwhere R, R' : Alkyl, ArylR, R' : Alkyl, Aryl X : Halogen, Carboxylat, Amino, OximX : Halogen, Carboxylate, Amino, Oxime Y : H, Alkyl oder Aryl OY : H, alkyl or aryl O A : A: a+b+c = 3a+b+c=3 a = 1, 2 oder 3 unda = 1, 2 or 3 and p ≥ 2p ≥ 2 9. Verfahren wie in Anspruch 7 oder 8 beansprucht, wobei die hydrophile Polymerschicht durch Polymerisation gebildet wird und umfaßt9. A method as claimed in claim 7 or 8, wherein the hydrophilic polymer layer is formed by polymerization and comprises a) Monomere mit den Strukturformeln: a) Monomers with the structural formulas: wobei R³: H, Alkyl, Aryl, Halogen ist R&sup4;: -Hwhere R³: H, alkyl, aryl, halogen R⁴: -H -R&sup5;-OH-R⁵-OH R&sup5;-NH&sub2;R⁵-NH₂ R&sup5;-SHR5-SH R&sup5;-N(CH&sub3;)&sub2;R⁵-N(CH₃)₂ R³-ZuckerR³-sugar R&sup5;-PeptidR5 peptide R&sup5;: Alkyl, ArylR5: Alkyl, Aryl B : OH, NH&sub2;, B : OH, NH₂, b) Copolymere mit zusätzlichen Monomeren mit der Strukturformel III, wobei R&sup4; jetzt z. B. eine C&sub1;-C&sub3;O-Alkylgruppe ist,b) copolymers with additional monomers having the structural formula III, where R⁴ is now, for example, a C₁-C₃O alkyl group, c) Mischungen von (Co)polymeren mit einem Hydrogel wie Gelatine, Agar-Agar, Heparin und Polyvinylpyrrolidon,c) mixtures of (co)polymers with a hydrogel such as gelatin, agar-agar, heparin and polyvinylpyrrolidone, d) Copolymere der Monomere III und IV,d) copolymers of monomers III and IV, e) Mischungen von Polymeren und/oder Copolymeren der Monomere III und IV,e) mixtures of polymers and/or copolymers of monomers III and IV, f) Mischungen von (Co)polymeren der Monomere III und/oder IV mit den Copolymeren gemäß Punkt b,f) mixtures of (co)polymers of monomers III and/or IV with the copolymers according to point b, g) Mischungen der Polymere und/oder Copolymere, die unter den Punkten a - f genannt sind.g) Mixtures of the polymers and/or copolymers mentioned under points a - f. 10. Verfahren wie in Ansprüchen 1 bis 9 beansprucht, wobei die hydrophobe Polymerschicht physikalisch an die hydrophile, Wasser speichernde Polymerschicht gebunden ist.10. A method as claimed in claims 1 to 9, wherein the hydrophobic polymer layer is physically bonded to the hydrophilic, water-storing polymer layer. 11. Verfahren wie in Ansprüchen 1 bis 9 beansprucht, wobei die hydrophobe Polymerschicht kovalent an die hydrophile, Wasser speichernde Polymerschicht gebunden ist.11. A method as claimed in claims 1 to 9, wherein the hydrophobic polymer layer is covalently bonded to the hydrophilic, water-storing polymer layer. 12. Verfahren wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei man ein Vernetzungsmittel mit der hydrophilen Polymerschicht reagieren läßt und die hydrophobe Polymerschicht danach an das Vernetzungsmittel gebunden wird.12. A method as claimed in claim 11, wherein a crosslinking agent is allowed to react with the hydrophilic polymer layer and the hydrophobic polymer layer is then bonded to the crosslinking agent. 13. Verfahren wie in Anspruch 12 beansprucht, wobei das Vernetzungsmittel die folgende Strukturformel besitzt: 13. A method as claimed in claim 12, wherein the crosslinking agent has the following structural formula: wobei R³ die oben angegebene Bedeutung hat, undwhere R³ has the meaning given above, and z = Halogen, Alkoxy, Phenoxy oder Hydroxy,z = halogen, alkoxy, phenoxy or hydroxy, und die hydrophobe Polymerschicht durch Polymerisation von Monomeren mit Vinylgruppen oder durch Reaktion mit "lebenden" Polymeren gebildet wird.and the hydrophobic polymer layer is formed by polymerization of monomers with vinyl groups or by reaction with "living" polymers. 14. Verfahren wie in Anspruch 6 und, falls notwendig, in Ansprüchen 7 bis 13 beansprucht, wobei der Rezeptor an die hydrophobe Polymerschicht kovalent oder physikalisch gebunden ist oder vernetzt ist.14. A method as claimed in claim 6 and, if necessary, in claims 7 to 13, wherein the receptor is covalently or physically bound to the hydrophobic polymer layer or is cross-linked. 15. REFET oder CHEMFET, hergestellt wie in einem der Ansprüche 1 bis 14 beansprucht.15. REFET or CHEMFET, prepared as claimed in any one of claims 1 to 14.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1215491B (en) * 1987-05-15 1990-02-14 Enricerche Spa BIOSENSOR WITH ENZYMATIC MEMBRANE CHEMICALLY CONNECTED TO A SEMICONDUCTIVE DEVICE.
IT1222121B (en) * 1987-07-24 1990-08-31 Eniricerche Spa ION SENSOR CONTAINING A SELECTIVE ORGANIC MEMBRANE
US5011589A (en) * 1988-09-30 1991-04-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Solution component sensor device
US5102526A (en) * 1990-05-02 1992-04-07 The University Of Michigan Solid state ion sensor with silicon membrane
CA2081914A1 (en) * 1990-05-02 1991-11-03 Richard B. Brown Solid state ion sensor with polyurethane membrane
DE4017905A1 (en) * 1990-06-02 1991-12-05 Basf Ag REFERENCE ELECTRODE FOR CHEMICAL SENSORS
NL194806C (en) * 1991-02-01 2003-03-04 Priva Agro Holding Bv Method for making a membrane for an electrochemical sensor and sensor provided with such a membrane.
NL194838C (en) * 1991-05-17 2003-04-03 Priva Agro Holding Bv Metal ion-selective membrane and sensor including this membrane.
NL194721C (en) * 1992-10-15 2003-01-07 Priva Agro Holding Bv Anion-selective membrane and a sensor provided with it.
FR2702566B1 (en) * 1993-03-08 1995-06-09 Ifremer INTEGRATED ELECTROCHEMICAL SENSOR FOR PH MEASUREMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD.
EP0661535A1 (en) * 1993-12-15 1995-07-05 Hitachi, Ltd. Ion sensor
DE19536389C2 (en) * 1995-09-29 2003-06-12 Forschungszentrum Juelich Gmbh Biosensor system for measuring one or more, in particular organic, trace components in air caused by plant damage
US6024924A (en) * 1995-09-29 2000-02-15 Forschungzentrum Julich Gmbh Biosensor system for detecting organic trace compounds produced by smoldering fires
WO1997039145A1 (en) * 1996-04-17 1997-10-23 Motorola Inc. Transistor-based molecular detection apparatus and method
US5958201A (en) * 1996-08-26 1999-09-28 Dade Behring Inc. Sodium ion-selective-electrode membrane having extended uselife
EP1085319B1 (en) * 1999-09-13 2005-06-01 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw A device for detecting an analyte in a sample based on organic materials
EP1085320A1 (en) 1999-09-13 2001-03-21 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw A device for detecting an analyte in a sample based on organic materials
DE10006238A1 (en) * 2000-02-11 2001-08-23 Siemens Ag Semiconductor gas sensor with buffer system
DE10335163B3 (en) * 2003-07-30 2005-03-03 Micronas Gmbh gas sensor
JP4557755B2 (en) * 2004-03-11 2010-10-06 キヤノン株式会社 Substrate, conductive substrate, and organic field effect transistor manufacturing method
US7794584B2 (en) * 2005-10-12 2010-09-14 The Research Foundation Of State University Of New York pH-change sensor and method
TWI302197B (en) * 2006-01-04 2008-10-21 Univ Nat Yunlin Sci & Tech Reference ph sensor, the preparation and application thereof
US8178164B2 (en) 2006-04-12 2012-05-15 Panasonic Corporation Method of forming organic molecular film structure and organic molecular film structure
DE102008041960A1 (en) * 2008-09-10 2010-03-11 Robert Bosch Gmbh Measuring sensor, method for analyzing a non-polar liquid, method for producing a measuring sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5825221B2 (en) * 1977-12-12 1983-05-26 株式会社クラレ FET reference electrode
DE3020068C2 (en) * 1979-05-30 1983-11-03 Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo Chemically sensitive measuring cell
JPS5626250A (en) * 1979-08-10 1981-03-13 Olympus Optical Co Ltd Composite chemical sensor
JPS562546A (en) * 1979-06-20 1981-01-12 Kuraray Co Ltd Gas sensor using fet and its manufacture
US4490216A (en) * 1983-02-03 1984-12-25 Molecular Devices Corporation Lipid membrane electroanalytical elements and method of analysis therewith
JPS59182356A (en) * 1983-04-01 1984-10-17 Hitachi Ltd Sensitive membrane for anion selective electrode
US4650547A (en) * 1983-05-19 1987-03-17 The Regents Of The University Of California Method and membrane applicable to implantable sensor
NL8400916A (en) * 1984-03-22 1985-10-16 Stichting Ct Voor Micro Elektr METHOD FOR MANUFACTURING AN ISFET AND ISFET MADE THEREFORE
CA1223039A (en) * 1984-03-26 1987-06-16 Michael Thompson Chemical selective sensors utilizing admittance modulated membranes
EP0235470B1 (en) * 1986-01-24 1992-11-11 TERUMO KABUSHIKI KAISHA trading as TERUMO CORPORATION Ion-sensitive fet sensor

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Publication number Publication date
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